細(xì)胞骨架和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)專題

1、細(xì)胞骨架和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)專題第一節(jié) 微管一、微管的結(jié)構(gòu)與組成直徑： 24-26nm, 中空，壁厚5nm.、異二聚體形成： 二聚體頭尾相接形成纖維，13根纖維片 層合攏成單根微管再繼續(xù)延長(zhǎng)。極性： 生長(zhǎng)快的一端為正端。主要組成：、-tubulin)（占85-95%） 管蛋白（位于微管組織中心，MTOC) 微管結(jié)合蛋白（microtubule associated proteins)形式： 單管（13） 細(xì)胞質(zhì)中，不穩(wěn)定 二聯(lián)管（23， A、B管）纖毛和鞭毛內(nèi)，穩(wěn)定 三聯(lián)管（33，A、B、C管）中心粒、纖毛和鞭毛基體細(xì)胞中的微管二、微管的裝配和動(dòng)力學(xué)微管裝配過程的三個(gè)時(shí)期：成核期（nucleation

2、phase)延遲期（lag phase): 、-管蛋白聚合成短的寡聚體 形成核心并擴(kuò)展成片和合攏成管；聚合期（polymerization phase)或延長(zhǎng)期（elongation phase):聚合速度加快，新二聚體不斷 加至微管正端。穩(wěn)定期（steady state phase)平衡期（equilibrium phase): 微管的組裝和去組裝處于平衡。（一）微管裝配的起始點(diǎn)微管組織中心結(jié)構(gòu)： 中心體（centrosome) ：細(xì)胞質(zhì)中 中心粒（centroile)、中心粒 旁物質(zhì)（pericentriolar material) 基體(basal body): 纖毛、鞭毛中 -微管蛋白

3、環(huán)形復(fù)合體 （ -tubulin ring complex): 刺激微管核心形成、 包裹微管負(fù)端作用：幫助大多數(shù)細(xì)胞質(zhì)微管裝配過程中的成核。（二）微管的體內(nèi)外裝配體外裝配條件：GTP、-管蛋白（臨界濃度約1mg/ml)Mg+pH6.937C踏車運(yùn)動(dòng)（treadmilling): 微管的一端發(fā)生GTP和管蛋白的 增加，使微管不斷延長(zhǎng)（正端）， 而在另外一端具有GDP的管蛋白 發(fā)生解聚而使微管縮短（負(fù)極）。 這種裝配方式稱為踏車運(yùn)動(dòng)。微管的體內(nèi)裝配以微管組織中心的-微管蛋白環(huán)形復(fù)合體(-TuRC)作為核心， 、-管蛋白二聚體結(jié)合到-TuRC上，從此生長(zhǎng)、延長(zhǎng)。-TuRC組織形成微管的能力可能受細(xì)胞

4、周期影響間期：關(guān)閉G2到M：開放影響微管組裝的因素GTP濃度、溫度、管蛋白濃度等敏感藥物：紫三醇（防止解聚、加速聚合） 秋水仙素（與管蛋白結(jié)合，阻止聚合） 長(zhǎng)春新堿（與異二聚體結(jié)合，抑制聚合）三、 微管的功能（一）支架功能 維持細(xì)胞形態(tài)，提供機(jī)械支持力。 如血小板的圓形形狀的維持。（二）參與中心粒、纖毛的形成 中心粒：9組三聯(lián)體微管圍成的一個(gè)圓筒狀結(jié)構(gòu) 是動(dòng)物細(xì)胞中主要的微管組織中心。 間期細(xì)胞：物質(zhì)運(yùn)輸軌道、形狀維持與改變 分裂期：形成紡錘體的兩極、染色體移動(dòng)纖毛(cilia)、鞭毛(flagella) 功能為運(yùn)動(dòng)與感覺，以微管為主要成分 靜纖毛：9+0 類型 動(dòng)纖毛：9+2 類型，中央兩條

5、微管稱中央管 包圍中央管的外周蛋白鞘稱中央鞘 外周9組二聯(lián)管兩兩之間由連接蛋白相連， A管向近中央鞘伸出放射輻條(radial spoke) A管向一側(cè)伸出動(dòng)力蛋白臂（dynein arm), 為ATP酶 纖毛、鞭毛的基體與中心粒相似，由三聯(lián)管組成，中央 無微管。動(dòng)纖毛靜纖毛光受體嗅覺受體神經(jīng)元（三）參與胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸參與細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器移動(dòng)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)： 如神經(jīng)細(xì)胞中的軸突物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn) 分泌顆粒、色素顆粒沿微管運(yùn)輸 線粒體快速運(yùn)動(dòng)微管運(yùn)輸任務(wù)主要由微管馬達(dá)蛋白（motor protein）來完成。馬達(dá)蛋白家族（ATP酶）: 動(dòng)力蛋白（dynein) 運(yùn)行軌道： 微管； 方向：負(fù)端 驅(qū)動(dòng)蛋白（kinesi

6、n) 運(yùn)行軌道： 微管； 方向： 正端 肌球蛋白（myosin) 運(yùn)行軌道： 微絲（肌動(dòng)蛋白纖維）向前轉(zhuǎn)運(yùn)向后轉(zhuǎn)運(yùn)微絲微管（四）維持胞內(nèi)細(xì)胞器的定位與分布微管及其馬達(dá)蛋白在膜性細(xì)胞器的定位與分布上扮演重要角色線粒體的分布：與微管相伴隨游離核糖體分布：附著于微管與微絲交叉點(diǎn)上內(nèi)質(zhì)網(wǎng)展開分布：微管功能高爾基復(fù)合體分布：定位與中心粒附近（五）參與細(xì)胞分裂構(gòu)成紡錘體的主要成分與著絲點(diǎn)（kinetochore) 連接將染色體推向紡錘體中部將姐妹染色體分開（六）參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞微管參與hedgehog、JNK、Wnt、ERK 和 PAK蛋白激酶信號(hào)通路第二節(jié) 微絲（microfilament)一、微絲的

7、機(jī)構(gòu)與組成（一）微絲的結(jié)構(gòu)形狀：絲狀直徑：5-8nm主要成分：肌動(dòng)蛋白（actin), -actin:377aa, 和-actin 375aa 有陽離子（Mg+和K+或Na+ ）、ATP和肌球蛋白 結(jié)合位點(diǎn)。 單體肌動(dòng)蛋白也稱G-肌動(dòng)蛋白（球形-肌動(dòng)蛋白） 多聚體肌動(dòng)蛋白也稱F-肌動(dòng)蛋白（纖維狀-肌動(dòng)蛋白）極性：生長(zhǎng)快的一端稱正端（plus end)-actin-actin（二）微絲的結(jié)合蛋白體內(nèi)的微絲由不同的微絲結(jié)合蛋白將肌動(dòng)蛋白纖維組織成各種不同的的結(jié)構(gòu)從而執(zhí)行不同的功能。單體隔離蛋白（monomer sequestering protein) profilin和胸腺素(thymosin)

8、： 與單體肌動(dòng)蛋白競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合。交聯(lián)蛋白（cross linking protein) 細(xì)絲蛋白（filamin)、actin結(jié)合蛋白（ABC): 具兩個(gè)或兩個(gè)以上actin結(jié)合位點(diǎn)，能使兩個(gè)或多 個(gè)肌動(dòng)蛋白纖維產(chǎn)生交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 涉及肌動(dòng)蛋白纖維的穩(wěn)定和生長(zhǎng)（將ADP-actin換成ATP-actin）末端阻斷蛋白（end blocking protein) 輔肌動(dòng)蛋白（ -actinin)、 加帽蛋白（capping protein）: 通過同肌動(dòng)蛋白纖維一端或兩端的結(jié)合調(diào)節(jié)纖維的長(zhǎng)度。纖維切割蛋白（filament severing protein) 凝溶膠蛋白（gelsolin)、

9、片段化/切割蛋白 （fragmin/severin)： 將肌動(dòng)蛋白纖維切割，控制纖維長(zhǎng)度，降低胞漿粘度。肌動(dòng)蛋白纖維解聚蛋白（actin filament depolymerization protein) Cofilin、ADF: 同肌動(dòng)蛋白纖維結(jié)合，引起快速解聚形成actin單體。膜結(jié)合蛋白（membrane binding protein） 是非肌肉細(xì)胞質(zhì)膜下方產(chǎn)生收縮的機(jī)器。如吞噬作用 和胞質(zhì)分裂。加帽蛋白（capping protein）通過同肌動(dòng)蛋白纖維一端或 兩端的結(jié)合調(diào)節(jié)纖維的長(zhǎng)度。凝溶膠蛋白（gelsolin)、片段化/切割蛋白 （fragmin/severin)：將肌動(dòng)蛋白

10、纖維切割，控制纖維長(zhǎng)度，降低胞漿粘度。交聯(lián)蛋白（cross linking protein)細(xì)絲蛋白（filamin)、Actin 結(jié)合蛋白（ABC):具兩個(gè)或兩個(gè)以上actin結(jié)合位點(diǎn)，能使兩個(gè)或多個(gè)肌動(dòng)蛋白纖維產(chǎn)生交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 三、微絲的裝配機(jī)制（一）微絲的組裝過程分三個(gè)階段：成核期聚合期成熟期（二）影響組裝的因素G-actin 臨界濃度ATP、ca+、Na+、K+濃度微絲結(jié)合蛋白的影響藥物分子影響： 細(xì)胞松弛素B（cytochalasin):與微絲正端結(jié)合，抑制聚合。 鬼筆環(huán)肽（phalloidin)：與聚合的微絲結(jié)合，抑制解聚。四、微絲的功能（一）構(gòu)成支架、維持形態(tài)張力纖維（s

11、tress fiber):由成束微絲構(gòu)成的較穩(wěn)定的纖維結(jié)構(gòu)張力纖維(三）參與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)：白細(xì)胞等的變形運(yùn)動(dòng)，錨著點(diǎn)（integrin)(二）參與細(xì)胞分裂：由微絲與肌球蛋白II形成收縮環(huán) （contractile ring）整合蛋白intergrin收縮環(huán)（四）參與肌肉收縮 骨骼肌收縮單位肌小節(jié)（sarcomere), 肌小節(jié)的主 要成分為肌原纖維。 肌原纖維： 粗肌絲(thick myofilament)：由肌球蛋白組成 細(xì)肌絲(thin myofilament)： 肌動(dòng)蛋白、 原肌球蛋白（tropomyosin)、 肌鈣蛋白（troposin)（五）參與胞內(nèi)運(yùn)輸和信號(hào)傳遞與微管一起進(jìn)行小泡運(yùn)輸

12、等膜上受體收到刺激時(shí)，可觸發(fā)質(zhì)膜下面肌動(dòng)蛋白機(jī)構(gòu)的變化，從而啟動(dòng)胞內(nèi)激酶引起的信號(hào)傳遞第三節(jié) 中間纖維（intermediate filaments)一、中間纖維的結(jié)構(gòu)與類型結(jié)構(gòu)：絲狀蛋白的多聚體，直徑10nm, 是一種堅(jiān)韌耐久的蛋白纖維。單體蛋白特征：共同結(jié)構(gòu)域中間區(qū)-螺旋，兩側(cè)球形。 裝配時(shí)-螺旋配對(duì)形成二聚體。類型：根據(jù)中間纖維氨基酸序列相似性，分六類。 I、II型 表皮： 角蛋白（keratin) III型 成纖維細(xì)胞： 波形蛋白（vimentin） 肌細(xì)胞： 結(jié)蛋白（desmin) 外周神經(jīng)元： 外周蛋白（peripherin) 神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞： GFAP IV型 神經(jīng)元： 神經(jīng)纖維蛋

13、白（neurofilament protein) V 型 細(xì)胞核 核纖層蛋白（lamin) VI型 CNS干細(xì)胞 巢蛋白（nestin）二、中間纖維的裝配與調(diào)節(jié)中間纖維的蛋白單體大多為絲狀。（微管和微絲的蛋白單體為球形）兩蛋白單體-螺旋區(qū)平行形成超螺旋二聚體，兩個(gè)二聚體反向平行組裝成四聚體亞單位。無極性，結(jié)構(gòu)對(duì)稱。多數(shù)情況下，細(xì)胞中幾乎全部中間纖維蛋白分子均為聚集狀態(tài)，僅少量四聚體。裝配受磷酸化作用調(diào)控，有絲分裂時(shí)核中中間纖維蛋白的磷酸化導(dǎo)致整個(gè)核板完全解體。胞質(zhì)中的中間纖維也可因細(xì)胞分裂或應(yīng)答胞外信號(hào)而重組。三、中間纖維的功能形成完整網(wǎng)狀骨架，貫穿細(xì)胞內(nèi)與外、核與質(zhì)提供較高強(qiáng)度機(jī)械支持參與細(xì)胞連接（橋粒、半橋粒)、 物質(zhì)運(yùn)輸（mRNA運(yùn)輸與定位、DNA復(fù)制） 和信號(hào)傳遞(跨膜信息傳遞）4.固定細(xì)胞核、穩(wěn)定核膜結(jié)構(gòu)（核纖層蛋白網(wǎng)格）5.參與細(xì)胞分化（有組織特異